時代變了，傳輸線已被靈活的數控加工中心取代，以提高效率，實現更小的體積和更頻繁的產品更換，CNC機床的范圍從三軸到九軸（通常為五軸）不等，使用自動換刀器、刀庫、轉盤和機器人工件材料處理系統來執行多項操作，縮短循環時間，并幫助推動世界各地工廠車間的高效運行。

 

但在機械加工的世界里，不同的任務有不同的要求，這些不同的操作和材料中的許多對銑削主軸以及銑削主軸軸承都有完全相反的要求。材料可能從傳統的高合金鋼和鑄鐵到鋁、鈦和鎳合金，材料以及切割操作決定了必須施加的載荷和速度，對軸承有進一步的影響。

 

很少有個別部件能像銑削主軸軸承那樣深刻地影響整體性能，軸承決定了速度、承載能力、精度和剛度，在運行過程中軸承會影響主軸的工作溫度、振動和噪音，機床必須非常精確、可靠，并且能夠實現高水平的生產力。

 

優化性能在很大程度上取決于為正確的加工應用選擇正確的軸承，無論您是OEM的機床主軸設計師，還是維護、維修和大修車間，在選擇軸承時，最終用途應用的需求都至關重要。

 

比較不同工作的需求，在給定的機械加工應用中，速度、載荷和其他因素可能會發生巨大變化，精切削用于以最小的顫振產生卓越的表面光潔度，而粗切削則在最短的時間內去除最多的材料。

 

精加工切削是淺而精確的，刀具直徑小，主軸速度很高，進給速度很低（刀具通過工件的線速度），因此，它們產生的刀具負載很低，但要求主軸在很高的速度下運行良好。

 

粗切削是深而寬的，大直徑刀具以相對較慢的主軸速度以非常高的進給速度運行，從而在主軸軸承支撐的刀具上產生明顯更高的負載量。

 

上述不同條件中的每一種都對銑削主軸軸承本身提出了獨特的要求，考慮到粗切削和精切削的需求是相反的，需要不同的軸承性能（低速/高負載與高速/低負載），隨著速度的增加，主軸軸承內每個滾珠上的離心力也會增加。

 

這種離心力徑向作用在遠離軸承旋轉中心的位置（假設為旋轉參考系），外滾道防止滾珠從軸承中拋出，隨著離心力的增加，滾道和滾珠之間的接觸應力升高，增加的離心力也會將每個球與外滾道接觸的點推向滾道的底部。

 

然而，球和內滾道之間會發生完全相反的情況，導致內外接觸角不相等，這種現象被稱為接觸角偏移，因為球是一個固體，所以它只能有一個旋轉軸，因此接觸角偏移的增加會導致滑動、更大的熱量產生、更高的工作溫度和球表面磨損的增加。

 

將離心力增加的影響最小化的一種方法是簡單地減少球的重量，有兩種方法可以做到這一點，一是減小球體的尺寸，二是使用陶瓷球，陶瓷球比鋼球輕40%。較輕的球產生較低的離心力，該離心力不能完全抵消由陶瓷的較高彈性模量引起的較高接觸應力，然而，較低的離心力減少了接觸角偏移，從而減少了由滑動引起的熱量產生。

 

第二種方法是增加滾道半徑，滾道半徑和球直徑之間的關系被稱為滾道曲率，在數學上被描述為滾道半徑除以球直徑，以百分比表示，例如，如果滾道半徑為0.5 mm，球直徑為1 mm，則滾道曲率為50%。50%的滾道曲率意味著線與線接觸，軸承不會自由轉動，因此曲率總是大于50%。

 

低于54%的曲率被認為是閉合的，而較大的曲率則被認為是開放的，具有閉合曲率的軸承更善于承載負載，但會產生更多熱量，而開放式軸承運行速度更快，但容量降低。

 

使用這兩種措施中的任何一種來提高軸承的轉速，都會大大降低軸承的承載能力，從而降低主軸的粗切削能力，通常，對于給定的ISO尺寸系列，有兩到三種設計可供選擇，這些設計結合了各種球體尺寸和曲率，以優化特定切削輪廓的性能。

 

這就是為什么考慮機器的預期工作循環很重要，這樣才能選擇最佳的軸承設計和球體材料，一些例子如下。

 

設計用于重型工具負載的主軸應具有最大鋼球的軸承，這些鋼球將適合軸承橫截面（>軸承截面的50%）以及閉合滾道曲率，以減少滾道和鋼球之間的接觸應力。大的球直徑和閉合的曲率適合與粗加工相關的重負載和較慢的速度，粗加工的范圍可能在500rpm和1500rpm之間，這取決于刀具直徑、材料去除率和工件材料。大多數粗加工主軸使用潤滑脂作為潤滑方法，根據機器尺寸的不同，額定轉速為3500轉/分至7500轉/分。

 

當為專用精加工切削設計更高速度的主軸選擇軸承時，應以最大限度地減少熱量產生為指導原則，并且由于設計固有的過多熱量產生，上述大滾珠/閉曲率軸承變得不太理想。選擇具有開放曲率的小球設計（＜軸承截面的50%）將產生較低的熱量。高速精加工主軸在7500轉/分和24000轉/分之間運行，并使用計量空氣/油作為潤滑方法，根據機器尺寸的不同，專用粗加工主軸的額定轉速通常在15000轉/分到30000轉/分之間。

 

如果設計目標是使主軸既能在較低速度下進行重切削，又能在較高速度下進行精細切削，那么必須選擇能夠滿足這些相反需求的軸承。這些需求以及介于兩者之間的一切，對于垂直加工中心來說非常常見。設計者應該尋求一種具有平衡能力的精密軸承，以彌補這一差距。中等滾珠設計的軸承（約占軸承截面的50%）具有適度的開放曲率，將產生較低的發熱量和良好的承載能力。需要執行粗加工和精加工操作的磨機的速度低至500轉/分，高達12500轉/分。并且使用潤滑脂或計量空氣/油作為潤滑方法。多用途主軸的額定轉速通常為7500轉/分至15000轉/分，具體取決于機器尺寸。

 

當主軸的工作循環由高速精加工操作主導時，通常會選擇陶瓷球。除了較低的密度/重量外，陶瓷球的彈性模量比鋼球的彈性模量更高，從而產生更小的接觸橢圓（由球和環的彈性變形引起的滾道之間的接觸面積的形狀）。接觸面積越小，在相同載荷下，球和滾道間的接觸應力就越高。如果外部載荷不會在滾珠和滾道之間產生過大的應力，那么軸承將因接觸面積較小而產生較少的熱量。